基于项目学习的STEM整合课程内涵与实施路径研究

基于项目学习的STEM整合课程内涵与实施路径研究作者：董泽华卓泽林来源：《中国电化教育》2019年第08期摘要：STEM整合课程通过建立科学、技术、工程和数学之间的跨学科联系，发展学生解决真实问题的能力，符合核心素养的落实要求。

如何在课堂中有效地实施STEM整合课程是开展STEM教育的核心难题。

该研究在梳理STEM整合课程内涵的基础上，提出以项目学习模式来实施STEM整合课程，包括设计真实的项目活动、运用指向学生参与的教学策略、为了学生跨学科学习的评价方式。

基于此，该研究进一步通过分析《设计喂鸟器》STEM项目学习的三个教学片段，例举了设计喂鸟器项目的活动引入、喂鸟器核心议题的师生深度课堂对话以及喂鸟器设计评价任务的开展，以期为实施STEM整合课程提供具体的案例参照。

最后，该研究指出实施基于项目学习的STEM整合课程在促进学生学习的同时，也对教师的专业发展提出全新要求。

关键词：项目学习;STEM整合课程;内涵与实施中图分类号：G434 文献标识码：A新世纪以来，整个世界的经济发展逐渐从以传统制造业为主导转向以知识、科技创新为核心，这使得科技创新人才成为国家和社会发展的源动力。

而对科技人才的培养要求促使课堂必须深度发展学生的跨学科问题解决能力、批判性思维与合作交流能力等。

但是，诸多学校课堂受制于外界的升学压力，将应试作为学校发展的重点，以分数驱动的教学模式取代了高质量的促进学生真正学习的教学实践。

为了培养未来所需的科技人才，学校课程必须发生变革，越来越多的研究表明由科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）和数学（Mathematics）组合而成的STEM整合课程（Integrative STEM Curriculum）逐渐成为实现上述愿景的重要渠道。

《中国STEM教育白皮书》（2017）也提议将STEM教育发展纳入国家创新人才培养战略，构建系统化、跨学段的STEM整合课程。

这是因为STEM整合课程能让学生在真实情境中，经历有意义的学习过程，拥有足够的学习机会以来探索和发展科学技术，综合运用多种学科知识以提升问题解决的能力，这符合创新人才培养的本质要求。

其中，以项目学习为载体的STEM整合课程是实现STEM育人目标、培养STEM创新型人才的一种重要模式。

因此，如何基于项目学习来实施STEM整合课程，帮助学生跨学科进行跨学科学习，提升学生创新实践能力成为本研究的重点。

（一）STEM整合课程科學、技术、工程和数学四门课程知识之间存在着普遍的交叉联系，这为STEM整合课程的形成提供了必要条件。

当前，学界对STEM整合课程的不同理解产生了不同的STEM整合课程内涵。

桑德斯（Sanders）将STEM整合课程定义为“探索STEM两个或以上学科领域之间，或者任一STEM学科和其他学校学科之间的教与学的方法”。

摩尔（Moore）等人将STEM整合课程界定为“基于学科和真实世界问题之间的联系，将STEM的某些学科或所有学科内容纳入到某一课堂、某一单元或某一节课之中”。

在这一定义中，摩尔特别重视教师通过STEM情境的整合来教授STEM中某门或多门学科内容。

霍尼（Honey）等人将STEM整合课程概括为“在复杂现象或情境下，学生运用STEM各学科的知识和技能完成特定学习任务”。

该定义与摩尔等人所界定的STEM整合课程有一定的相似性，都特别强调课程情境对于课程整合的重要作用。

凯利（Kelley）和诺尔斯（Knowles）两位研究者也将STEM整合课程理解为“在真实情境中结合STEM实践，建立学科间的联系以促进学生学习为目的，教授两个或更多STEM领域内容的方法”。

上述STEM整合课程的定义，尽管表述各有不同，但都强调应基于真实情境，打破STEM四门学科的界限，将各个学科建立知识联系，以达成跨学科整合的效果。

此外，STEM整合课程并不是简单地将四门学科合并，更不是“一刀切”地将所有四门学科内容都设计到某一节课当中，而是需要根据特定主题找到学科问的关联点，实现STEM的跨学科整合。

总之，定义STEM整合课程并不是一件难事，而实施STEM整合课程才是开展STEM教育的真正挑战所在。

（二）基于项目学习的STEM整合课程为了有效地实施STEM整合课程，大量的学习模式不断涌现，包括项目学习、探究学习、问题学习以及设计学习等。

其中，项目学习（Project-based Learning）旨在以真实项目为基础，要求学生运用多种方法技能，解决一系列问题，进而来完成最终项目。

高质量的项目学习往往指向学生学习的本质，成为发展学生跨学科素养最为重要的一种学习模式。

穆斯塔法（Mustafa）等人对近十年STEM整合课程研究的元分析表明，项目学习是当前STEM整合课程开展数量最多的学习模式。

这也在一定程度上佐证了基于项目学习开展STEM整合课程的高效性。

基于项目学习的STEM整合课程，也即STEM项目学习，为学生提供开放式的真实项目任务，引导学生通过掌握和运用STEM跨学科知识和技能，解决多个相关问题，最终完成项目任务，达成所要求的项目学习目标。

在STEM项目学习中，明确的STEM学习结果和开放的STEM项目任务是两大核心要素。

明确的学生STEM学习表现结果是指，通过实施STEM 项目学习，学生实现所要求的STEM课程学习目标，也就是学生应该在科学、技术、工程和数学等方面呈现怎样的具体学习结果。

开放的STEM项目任务则是借助项目解决方案的多种可能性，让学生运用STEM学科知识自由地解读项目相关的问题，以形成诸多解决方式。

可见，基于项目学习的STEM整合课程旨在让学生参与到真实的STEM项目任务当中，学习和调动科学、技术、工程和数学等学科知识，形成项目解决方案并予以实施，最终完成项目产品，实现所要求的学习期望。

如果将实施理解为预设的方案在实践中的具体开展，那么学校课堂层面的课程实施则主要涉及到学习方案的设计、教学实践的开展以及对学生学习达成情况的评价。

因此，实施基于项目学习的STEM整合课程，也主要包括这三大关键议题，分别为设计STEM项目活动以最大化地为学生提供学习机会，落实指向学生深度参与STEM项目学习的教学实践以及开展为了学生STEM学习的评价。

基于此，本研究从这三大议题出发，探索STEM项目学习的可能实施路径。

（一）有效的STEM项目活动设计如何设计一个有效的STEM项目？这就必须回溯到以项目解决为中心的项目学习本质。

首先，在项目活动的设计中，项目问题或任务的开放程度關系着学生思维的发散程度。

因此，教师需要提供开放的真实STEM项目任务，它最好能与学生生活经验相关联，使得一开始就能激发学生的参与动机。

开放意味着项目任务的解决存在多种方法，真实则能够让学生所进行的项目任务更具有现实意义，能够让学生感受到解决这一项目任务对于现实社会具有重要意义。

其次，STEM项目的学习目标必须明确清晰，已备后续客观、有效地评价学生学习。

而且，目标应该是基于课程标准的，是学生所应知道的和所能做到的，是符合学生的学情以及认知兴趣，而不是教师依据经验简单制定的。

目前在美国，绝大多数的高中STEM项目都与国家课程标准保持一致，以确保学生的表现目标符合国家课程要求。

具体而言，在设定STEM项目学习目标时，教师应结合各学科标准，明确学生完成STEM项目所应产生的整体表现结果，从而进一步确定STEM四门学科中所包含的各自目标。

在此基础上，细化具体的项目课时目标。

此外，教师还应预设良好的学生学习过程和项目解决的线路，以帮助学生在学习过程中对项目任务的投入。

在设计该部分STEM项目活动时，教师同样应站在学习者的角度，从学生已有认知基础出发，预设学生的可能学习轨迹，提供多种学习路径以引导学生完成项目或解决项目中的各个问题。

STEM项目活动的设计并不只是局限于呈现开放的任务和清晰的表现期望，还需要对STEM项目学习进行相应的环境设计。

卡普罗拉（Capraro）等人提到STEM项目学习设计的四大原则，分别为“内容的可进入性”“思维的可视化”“帮助学生向他人学习”“促进学生自主学习”。

这四个原则都指向促进学生项目学习，教师可以此作为参照设计STEM项目学习的环境，以尽可能促进学生深度参与STEM项目活动。

综上可知，STEM项目活动设计的本质是将学生学习的经历设计出来，理想的STEM项目活动设计，应该是体现开放且与生活相关的项目任务，界定明确的学习目标以及提供相应的项目学习环境保障，并且包容学生的多种项目的可能完成方式。

（二）指向学生参与的STEM教学实践学生在项目活动中的参与程度高低直接关系着项目活动能否成功实施，同时也影响着学生的STEM成就。

这说明完成STEM项目活动设计并不意味着在课堂中就能顺利开展，还需要教师采用合适的教学策略以来提高学生的STEM学习参与度。

在传统的分科学习中，教师承担了课堂教学的权威角色，将学科知识不断地灌输给学生，忽视学科间的联系，而STEM项目学习强调学科间的联系，更加关注学生的建构性学习，让学生不断通过STEM跨学科知识学习来解决现实世界的真实问题。

所以，在课堂中教师应使用恰当的教学策略，尽可能为学生营造适合学习的环境和条件。

在开展STEM项目学习时，教师的角色应是学生学习的促进者和引导者。

首先，教师始终应把项目活动居于中心位置，而不是借其壳仅仅让学生识记STEM各学科知识。

在教学实践中，运用STEM多学科知识完成项目是学生最主要的目标，教师的所有指导都应围绕项目工作进行。

在项目进行过程中，学生将会面对一系列的问题甚至是难题，而这些问题或难题关乎着项目能否顺利完成，这时，就学生感兴趣的问题或亟待解决的难题，教师可以适时地与学生一起进行深度探索。

其次，STEM项目的完成，除了要求学生学会知识使用，还需要学生学会运用工具、学会对自我学习进行管理。

教师应帮助学生学会跨学科应用知识，引导学生利用已有工具或者创造工具来完成项目。

再次，凸显理科思维的STEM更是要求学生能够融合观察、研究和推理，基于证据来提出科学观点和科学主张。

为此，教师在让学生或小组进行阶段性成果展示时，应引导学生结合相应的数据或资料来和同学分享，也就是像科学家一样来发表自己的研究成果，如工程师一般设计自己的研究方案，最终，在吸取他人的意见基础上不断调整和修正完成项目的可能路径。

此外，许多时候，项目的完成不可能凭借单个学生的一己之力，它往往需要学生之间的相互合作，教师应在课堂中鼓励学生不断地进行小组活动、不断地与同伴之间互动交流。

（三）为了学生STEM跨学科学习的评价STEM项目学习的评价与传统测验评价有着鲜明的区别。

最明显的不同就是评价理念的转变，从仅仅测评学生的学科知识、学科技能的习得情况，转向促进学生跨学科知识运用、问题解决能力素养的发展。